把握物體狀態(tài)，活用原理破題

沈建剛

【摘要】初中對于浮力知識的考查更加側重于綜合性，對于其中關于物體密度的問題，要充分理解題干的隱含信息，把握物體的受力狀態(tài)，有效結合阿基米德原理來建立待求量與已知量之間的關系。本文將結合實例簡要講解該類題的解題思路，并開展相應的教學思考，以期對師生的教學、學習有所幫助。

【關鍵詞】浮力 密度 懸浮 狀態(tài) 阿基米德原理 平衡

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）41-0121-02

浮力是初中的重點知識，浮力的分析過程不能忽略物質(zhì)密度與浮力的關系，由此衍生的求液體中物體的密度問題成為近幾年中考的熱點題型，注重考查學生知識綜合運用以及邏輯分析能力，采用合理的解題思路是有效解決該類題的關鍵。

一、真題解析，試題點評

1.真題呈現(xiàn)

如右圖甲所示，水平桌面上有一圓柱形容器，內(nèi)盛有20cm深的水，已知容器的底面積為100cm2，質(zhì)量為0.02kg，厚度忽略不計。A、B是由密度不同的材料制成的兩個實心塊，已知B物塊的體積是A物塊體積的1/8。當把A、B兩物塊用細線相連放入水中時，兩物塊恰好處于懸浮狀態(tài)，并且沒有水溢出，如圖乙所示，現(xiàn)剪斷細線，A物塊上浮，穩(wěn)定后水對容器底的壓強變化了60Pa，物塊A有1/4的體積露出水面。已知水的密度為1.0×103kg/m3，g取10N/kg。試求：

（1）、（2）略;

（3）A、B兩物塊的密度。

2.試題分析

3.試題點評

本題目涉及到初中浮力的重點知識，上述問題要求物塊的密度，實際上是考查學生對于液體中物體狀態(tài)的綜合分析以及浮力、密度的計算。與常規(guī)題不同點在于液體中漂浮的不是簡單的同種物質(zhì)，而是密度不同的兩種物塊，分析過程從整體和部分兩個角度加以分析，根據(jù)漂浮狀態(tài)下物體受力平衡，結合阿基米德原理求物塊密度，整個過程思路清晰，求解簡潔。對于求液體中物質(zhì)密度的計算題，其本質(zhì)上還是對物體在液體中受力的分析，離不開對浮力各知識點的綜合使用，同時阿基米德原理的靈活運用是解決問題的關鍵。

二、試題銜接，思路剖析

涉及浮力知識的力學綜合題通常對于學生的分析能力要求較高，尤其是涉及兩種物質(zhì)的浮力問題，需要準確把握物體的受力狀態(tài)，一般解題思路為：首先判斷物體在液體中所處的狀態(tài)，對于處于漂浮、懸浮狀態(tài)的物體要充分利用受力平衡加以分析，然后對于涉及密度和體積的問題要有效結合阿基米德原理來轉(zhuǎn)化問題，分析過程力求科學合理，準確無誤。

試題1：近期在日本召開了以美歐日等國的“七國峰會”，會上日本再次無理提出了我國南海問題。為了捍衛(wèi)國家主權，我軍派滿載排水量達67500t的“遼寧”號航空母艦加強了對南海黃巖島等島嶼的巡邏，在某次巡邏演習中雷達發(fā)現(xiàn)假想敵潛艇在15海里外的水下10m處潛行，隨即投下重量為100kg的感應式淺水水雷攻擊，并成功將敵潛艇擊沉。（g=10N/kg、水的密度為1×103kg/m3）問：

（1）、（2）略;

（3）右圖為感應式淺水水雷在水中待命時示意圖，假設欲使水雷懸浮在水中，需在其下方用細繩懸掛一個密度為5×l03kg/m3、質(zhì)量為31.25kg的物塊，求水雷的密度？（細繩的體積和質(zhì)量忽略不計）

上述問題均為求液體中物體的密度問題，求解過程充分利用了浮力的相關知識，準確把握物體懸浮、漂浮狀態(tài)下受力平衡的特性，結合阿基米德原理建立起關于物質(zhì)密度的關系，實現(xiàn)了問題的準確作答。試題1將水雷與物塊視為一個整體，根據(jù)受力平衡，結合所受浮力來求解;試題2則是利用懸浮狀態(tài)下物體受力平衡來求物體的重力，建立兩物質(zhì)關于體積和重力的方程組來求關鍵量，求解過程均僅離不開對物體狀態(tài)的有效分析，以及對阿基米德原理的靈活運用。

三、解后反思，教學思考

1.結合實際情景，理解概念新知

初中的浮力問題是相對抽象的物理知識，因?qū)W生認知的局限性，往往會造成學生理解的困難，特別是上述問題關于物體狀態(tài)的認識以及對于阿基米德原理的理解，針對該種情況，教師有必要在教學中設置特定的場景，結合生活實際來幫助學生理解相關概念，結合實際探討浮力問題，使學生充分理解物體排開水的體積與所受浮力的關系，利用形象具體的實驗輔助學生理解新知，促進學生認知能力的提升。

2.注重數(shù)理結合，提升綜合能力

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理的持續(xù)發(fā)展離不開科學的計算，對于浮力綜合題同樣需要數(shù)學計算輔助推理。上述求物體密度時利用了密度質(zhì)量體積運算以及浮力和重力運算等，公式的靈活運用、科學的邏輯推理是保證物理問題準確作答的必要條件，特別是一些抽象的物理分析可以轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學計算來實現(xiàn)。實際教學中教師要有意識的引導學生注重物理問題的數(shù)學計算，幫助學生樹立數(shù)理結合的解題意識，提升綜合解題能力。

3.體驗分析過程，發(fā)展數(shù)學思維

合理分析物體受力是解決浮力問題的關鍵，解題重在分析。分析物體狀態(tài)，抓住問題本質(zhì)是打開問題突破口，是探尋解題方法的關鍵，對于一些特點鮮明的問題有必要進行針對性分析，充分透析問題的結構特點，總結解題思路，歸納解題方法。教學中可以結合實例讓學生體驗問題的分析過程，把握問題的關鍵點，學習解決問題的方法，促進學生解題思維的形成;開展相應的變式學習，讓學生在問題的探究過程中發(fā)散思維，提升遷移能力。

四、結論

浮力問題是相對抽象的力學問題，對于該類問題的分析過程需要準確把握物體的運動狀態(tài)，對于平衡狀態(tài)要結合阿基米德原理來分析受力，建立相關物理量的邏輯關系。教學中教師要結合實際問題幫助學生理解浮力的抽象概念;引導學生樹立數(shù)理結合的解題意識，強化數(shù)學運算能力;讓學生體驗問題的分析過程，掌握相應的分析方法，形成自我的解題思維，在變式學習中提升學生的遷移能力。

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